一种工业汽轮机大型排汽缸的结构优化与气动分析作者：刘盼年 顾小玲 王红梅 卢红远 马晓飞来源：《机电信息》2021年第30期 沼气汽水分离器
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摘 要：针对一种工业汽轮机大型焊接式排汽缸，为降低流动损失，提高气动性能，对扩压环的后段扩张角进行了优化，同时对排汽缸的多种结构优化方案进行了建模與数值仿真分析，揭示了排汽缸内部的流场结构与损失机理。研究结果表明，扩压环的后扩张角对排汽缸的气动性能具有重大影响，大小合理的后扩张角可以有效避免流动分离，从而降低流动损失，提高排汽缸的气动性能。 关键词：排汽缸;结构优化;气动性能;数值仿真
2-氯-5-氯甲基噻唑 0 引言
排汽缸是连接汽轮机低压膨胀区段与凝汽器的关键部件，具有高气动性能的排汽缸可
以有效回收汽轮机低压级的余速动能，将其转化为静压，从而增加机组出力，提高热效率。
有研究表明，大型汽轮机排汽缸入口的余速动能占到整机等熵焓降的1%～2%，排汽缸的总压损失系数每降低0.1，汽轮机整机热效率约增加0.15%[1]。目前，国内外学者针对大型汽轮机排汽缸的结构优化进行了多项研究，魏春枝等人[2]通过数值仿真手段对排汽缸扩压环中的流动结构进行了详细计算研究，其研究表明扩压环存在一个最佳扩张角，能降低流动损失。徐旭等人[3]通过实验数据得出了排汽缸内的多种旋涡结构，认为通道涡的尺度最大，是引起流动损失的主要因素。
本文针对一种工业汽轮机大型排汽缸的扩压环进行了结构优化与分析，并采用数值仿真方法进行了多方案的对比分析与研究。
1 排汽缸仿真计算
1.1 排汽缸模型
在数值计算中，根据杭州汽轮机股份有限公司某大型工业汽轮机排汽缸原型，进行1：
1建模，排汽缸的通流型式为轴向进汽、向下排汽。在数值建模中，对实际的排汽缸模型进行了简化处理，省略了排汽缸内部的支撑管路与肋板等结构。数值计算中的排汽缸模型主要由内导流环与外导流环组成的扩压器以及由排汽缸内壁围成的涡壳组成。
移动商铺 受上游低压级组的影响，排汽缸入口速度呈不均匀分布，由相关研究成果可知，排汽缸入口速度分布是影响排汽缸气动性能的关键因素。因此，为模拟真实的流动状况，在排汽缸进口加入低压级组末级叶栅（其中导叶数量为50只，动叶数量为39只），进行低压级叶栅与排汽缸联合的数值计算。排汽缸与低压级组末级叶栅的模型分别如图1、图2所示。
1.2 结构优化方案
在工业汽轮机运行过程中，排汽缸的气动性能受多种因素影响，其中主要包括汽轮机转速、流量，排汽缸入口速度分布，扩压器及涡壳结构等。
本次数值计算中，保持排汽缸入口速度分布，涡壳结构尺寸，汽轮机转速、流量以及排汽缸入口干度等参数不变，通过改变扩压器外环后半段的扩张角度（以下简称“后扩张角”），探究其对排汽缸气动性能与流场结构的影响。本次计算中，在原型排汽缸的基础上，
将扩压器外环的后扩张角分别增加10°与20°后进行研究，不同的扩压器结构如图3所示。锡渣分离机
2.1 网格创建
网格创建中，排汽缸流体域采用四面体非结构化网格，并在壁面进行加密;排汽缸出口延长段部分采用六面体结构化网格，网格均由ICEM生成;末级叶栅单流道网格采用六面体结构化网格，在TurboGrid15.0中生成，并在CFX-Pre中运用Turbomachinery模块组合成全通道网格。排汽缸模型的网格总数约800万。
2.2 边界条件
计算工质选用IAPWS-97中的Sream3VI湿蒸汽模型，湍流模型选用k-ε 两方程模型。进口给定总压P1t=30.386 kPa
（P1t=0.303 86 bar），总温T=342.53 K，干度x=0.918 4，出口给定流量m=21.0 kg/s，动叶转速设定为5 650 r/min。
3 结果分析
